苗天宇（軍事交通學(xué)院一營(yíng)三連，天津　301811）

航天工業(yè)中的化學(xué)知識(shí)

苗天宇（軍事交通學(xué)院一營(yíng)三連，天津301811）

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，使得我國(guó)的航天事業(yè)也在不斷的蒸蒸日上，根據(jù)相關(guān)報(bào)道，“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室將于2016年的上半年確定發(fā)射，它是繼“天宮一號(hào)”之后，我國(guó)自主研發(fā)的第二個(gè)偉大的航天成就，屆時(shí)會(huì)利用它做出一系列有意義的空間試驗(yàn)，并研究空間的交會(huì)對(duì)接技術(shù)，它也將會(huì)完成有效載荷等等的一些非常重要而又復(fù)雜的科研項(xiàng)目，初步計(jì)劃，2018年左右發(fā)射空間站核心艙，利用它完成一系列既定的試驗(yàn)任務(wù)，2022年左右，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)空間站的建設(shè)。由此可見，我國(guó)的航天事業(yè)真的是在不斷突破技術(shù)，并在不斷超越他國(guó)，取得了一個(gè)又一個(gè)的進(jìn)展，當(dāng)然這離不開航天工作者的辛勤勞動(dòng)，更離不開研發(fā)設(shè)計(jì)者們的智慧，仔細(xì)分析下不難發(fā)現(xiàn)，航天設(shè)備的本體以及設(shè)計(jì)也包含了很多的化學(xué)知識(shí)，下面就分別詳細(xì)的介紹一下。

1　火箭殼體材料

根據(jù)我們的一般常識(shí)性知識(shí)，火箭在飛行過程中，速度可以達(dá)到八公里/s，因?yàn)榕c大氣的摩擦，加之如此的高速飛行，殼體會(huì)達(dá)到幾千度的高溫，因此選擇極耐高溫的殼體材料是至關(guān)重要的。

通常說來，殼體材料是由幾類合金做成的，主要包括鈦、鈹、鋁等。但是具有金屬性質(zhì)的這些合金材料都有很強(qiáng)的傳熱性能，如果火箭的殼體在飛行過程中直接與大氣摩擦接觸，殼體直接遇到那幾千度的高溫環(huán)境，那么殼體的高溫會(huì)極快傳遞給殼體內(nèi)部，使得火箭內(nèi)部的各種控制設(shè)備和各種元器件受到高溫破壞，無法正常工作，那么火箭也無法順利完成飛行任務(wù)。為了使火箭內(nèi)部的各種元器件免遭損壞，人們想到了一種化學(xué)科學(xué)中的知識(shí)來解決這一難題，那就是給火箭的殼體涂上一層特殊的材料，這種材料又輕又薄，關(guān)鍵是耐高溫，還隔熱，它就是耐燒蝕隔熱涂料，有了這種材料涂在殼體外側(cè)，火箭就好像穿上了一件特別的衣物，飛行過程遇到高溫的時(shí)候，材料中的升華物質(zhì)能夠逐漸揮發(fā)掉，而且特殊的有機(jī)樹脂還產(chǎn)生了一種碳化層，隔絕掉了大部分的熱量，猶如一個(gè)強(qiáng)大的屏障保護(hù)了火箭的殼體以及內(nèi)部的各種儀器，元器件，保證了火箭的順利正常飛行。

2　火箭的燃料

火箭的液體燃料常用的有：偏二甲肼、液氫等，固體燃料常用的有：聚丁二烯、硝酸酯增塑聚醚等，還有所需的氧化劑常用的是N2O4，液態(tài)氧等。我國(guó)用于發(fā)射“嫦娥三號(hào)”的火箭，是以偏二甲肼作為燃料，以四氧化二氮作為氧化劑，兩者反應(yīng)的原理是，C2H8N2和N2O4反應(yīng)生成二氧化碳，水和氮?dú)猓瑥幕瘜W(xué)應(yīng)用的角度來看，此反應(yīng)的優(yōu)勢(shì)在于生成的氣體沒有毒，沒有污染，而且釋放出的能量足夠達(dá)到可以推動(dòng)火箭發(fā)射飛行，但是壞處是反應(yīng)物有毒，因此在給火箭裝燃料時(shí)必須小心謹(jǐn)慎，保證嚴(yán)守操作的規(guī)范步驟，不能有一絲一毫的差錯(cuò)。

3　電能的來源

目前航天器利用的主要是太陽能電池和鎳氫蓄電池。當(dāng)面對(duì)太陽時(shí)就是太陽能電池帆板發(fā)電的時(shí)候，上面的發(fā)電材料主要還是用的半導(dǎo)體硅片或者也有的用砷化鎵片，它們的作用就是在太陽照射的時(shí)候，把太陽能蘊(yùn)含的光能轉(zhuǎn)換為可以利用的電能，這些電能可以分為不同的用途，一部分是直接利用給航天器設(shè)備完成飛行任務(wù)，另一部分則是需要儲(chǔ)存在蓄電池中，一般是鎳氫蓄電池，它是20世紀(jì)90年代興起的一種獨(dú)特的綠色電池，可以儲(chǔ)存很高的能量，具有很長(zhǎng)的壽命，正好利用它儲(chǔ)存的電能可以供給航天器不面對(duì)太陽的時(shí)候使用，最關(guān)鍵的是它是一種沒有污染的電池，用到的化學(xué)反應(yīng)式是：：MH+，M是指儲(chǔ)氫合金，MH則是指一種特

殊的吸附了氫原子的儲(chǔ)氫合金。

4　航天器的材料

為保證航天器的正常使用，設(shè)計(jì)制造航天器的材料通常選用抗阻燃無毒材料，就是在高分子材料中加入無機(jī)阻燃劑，這樣做出的材料熱穩(wěn)定性好，不會(huì)揮發(fā)，阻燃無毒，也不會(huì)產(chǎn)生二次污染等，其中的無機(jī)阻燃劑，它所用到的化學(xué)機(jī)理就是，受熱分解，放出大量水蒸氣，這個(gè)反應(yīng)需要帶走材料本身大量的熱量，因此表溫大降，從而極大的降低了高分子材料的燃燒率，反應(yīng)生成的產(chǎn)物與燃燒時(shí)塑料表面的炭化產(chǎn)物生成了一層保護(hù)膜阻斷了可燃性氣體的露出也阻斷了它的燃燒所需的養(yǎng)料。

5　太空防輻射措施

太空內(nèi)的輻射強(qiáng)度太大，比如如果航天器上的太陽能電池直接暴露于太空中，則高能輻射很可能會(huì)擊穿電池，從而損壞電池的正常功用，因此航天器必須要有足夠充分的防輻射的手段，可以采取特殊材料護(hù)體，一般太陽能電池外面加上一層經(jīng)過特殊加工特種玻璃蓋片，就像形成了一個(gè)屏障，阻隔了高強(qiáng)度的輻射。

總而言之，本文雖然只列舉了幾個(gè)例子說明航天設(shè)備的本體以及設(shè)計(jì)包含了很多的化學(xué)知識(shí)，但是不可否認(rèn)的是化學(xué)在航天事業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮了不可磨滅的貢獻(xiàn)，隨著科學(xué)家們的不斷探索，我們有理由相信，化學(xué)的應(yīng)用絕不僅僅限于此，學(xué)好化學(xué)知識(shí)，必定還可以為人類帶來更大的福祉。